陶瓷金卤灯中存在的问题及改进方法[3]

　　三、陶瓷电弧管管壳是灯质量的关键

　　在陶瓷金卤灯的实际工作条件下，灯中电弧温度高达6000K，而管壁温度达1500K，工作气氛在20个大气压以上。点灯时含有大量金属卤化物分子、金属原子以及强腐蚀性的卤素原子的高温气流 图6- 某公司泡壳数千小时后的晶界表面

　　不断冲刷电弧管内壁，即使高度稳定的陶瓷壳也难以承受。图6表明了某著名公司的品牌产品在使用数千小时后的陶瓷壳壁内表面晶界因腐蚀而产生的沟槽及子晶表面蚀洞，该图所示情况还是好的案例。国内一些陶瓷泡壳研制单位采用国产材料并完全按照高压钠灯的配方和工艺制作陶瓷金卤灯泡壳，这是一个原则性错误。高压钠灯陶瓷管的材料配方是为抵御碱性气体的腐蚀而设计的，用这种配方制造陶瓷金卤灯泡壳必然难以抵御高温、强腐蚀酸性气流的冲刷，结果不但污染灯中气氛造成光衰、发黑等现象，同时还削弱管壳的强度，在使用过程中灯色温较大的改变，电弧管漏气和炸裂自然也就可以找到。图7- 某公司炸裂泡壳原因了，图7、图8。

　　原材料纯度将直接影响到陶瓷的子晶的结构和性能，其中特别是Fe、Ca、Mg、Si、Na等的含量必须予以控制，因为这些杂质含量超标时将破坏Al2O3陶瓷的六方晶系的正常生长，影响陶瓷的透光率和强度。图9给出了因Ca污染而造成的Al2O3子晶不能正常发育的照片。

　　超纯并且杂质含量、粒径和粉粒形状均符合要求且受到控制的Al2O3粉体是制成好的陶瓷泡壳必不可少的前提。目前国产陶瓷粉的问题是厂家给出的成份与实际差异很大，他们给出的杂质含量往往比相近牌号进口粉还少得多，而实际恰恰相反。国产粉料的形态均呈絮状而非颗粒形，图10a，调配时分散性很差，用这样的粉很难制成质地均匀、透明度高的多晶氧化铝陶瓷壳，其晶粒尺寸亦难控制。作为对比图10b示出了国外某厂的颗粒状Al2O3粉体。

　　除了杂质含量和粒径符合要求的超纯氧化铝外，严格定量的用以控制晶粒生长和抗酸性腐蚀的各种掺杂添加材料也是十分重要的，否则晶粒过分长大将导致陶瓷机械强度大幅下降。

　　图11给出了大晶粒陶瓷晶体结构图。正常情况下陶瓷晶粒尺寸要求均匀并以20-30μm为佳，这既能保证有足够机械强度、透光率也好。当陶瓷晶粒生长到数百微米即接近于陶瓷管壁厚度时其机械强度将大幅度降低，这样的陶瓷管壳是不能用的。

　　合适的工艺装备是制造陶瓷泡壳的又一难点，各公司均有自己的工艺和方法，但不外等静压法、挤压法、压铸法、注浆法、热等静压法等。这涉及到大量技术机密问题，没有任何公司公开他们的方法细节。

　　陶瓷的整个烧制过程是十分重要的，这决定了陶瓷的结晶形态、晶粒大小以及其中的微气泡含量。如所周知，多晶氧化铝陶瓷中的微气孔将引起光的散射和损失，并影响光的透过率特别是直线透过率。烧制不良的产品中会出现大量微气泡，图12表明了这样的陶瓷的断面照片，微气孔较多时直观的陶瓷透明度将明显下降，当然这时光的总透过率也将相应降低。

　　某些公司研发的五组件圆柱形泡壳制成灯后灯容易发黑、光衰大，端盖与圆柱交接部位很易断裂。多组件泡壳各组件之间的密封完全依赖于烧结时的各组件不同收缩率，外套件紧箍内件，二者界面二侧晶体相互生长而成一体，但如匹配不当，其间存有气泡气线则可能放气漏气而造成早期发黑，如收缩过紧则可能断裂，这种结构常常严重影响灯的质量。

　　我们曾购买5只某著名公司“迷你”型20瓦陶瓷金卤灯，实测光效约80lm/W，显色指数85～90，采用三只灯进行寿命试验，点灯100小时，光衰18～23%，陶瓷泡壳均已显著发黑，点燃至150小时，与0小时相比光通量下降25%以上严重发黑，停止试验。分析其原因为电弧管中杂质太多，并且可能存在H2O，所以大量钨蒸到泡壳内壁引起明显光衰。

　　对于此类超小型灯其电弧管内部容积<0.1cm3，面积/容积比>10cm-1，因此内壁释放的少量杂质可能在灯中形成非常高的杂质浓度，对灯寿命产生致命性影响，所以小功率、超小功率灯的制作难度很大，需要对生产环境给予十分重视，对所有原材料的成分和处理工艺必须十分严格。

　　一些公司的光源产品参数很差，例如某大公司生产的400W陶瓷金卤灯，以名牌同功率电感镇流器点灯，灯压降仅81.2V，输入功率仅335.6W，光通量31431.2lm，显色指数85.1，其光效仅为93.7lm/W。此类大功率陶瓷金卤灯的光效应在110lm/W以上，如此差的参数显然是由于泡壳设计不佳所致。同一公司生产的250W陶瓷金卤灯以上述同一公司生产的同规格电感镇流器点灯，灯压降为99.4V，灯功率250W，其辐射光通量仅为18494.5lm，显色指数84.3，实际光效只有73.98lm/W，该灯的电参数完全正常，但光参数如此之差则是令人惊奇的。后者的问题不仅在于泡壳设计，其工艺材料也存在严重缺陷，这些缺陷完全破坏了灯的正常工作条件，以致不能正常高效发光了。但奇怪的是，这样的产品竟然在市场上广泛流通，一些其他规格的名牌产品的性能参数和寿命也是名实不符的。